Page 108 - 《应用声学》2024年第6期
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                 arranged in different positions of the plate for acoustic data transmission tests, and the results show that the
                 constructed generalized model of Lamb wave frequency division multiplexing excitation signal can effectively
                 transmit acoustic data, which provides a feasible technical solution for the transmission of acoustic data using
                 Lamb waves.
                 Keywords: Lamb wave; Data communication; Frequency division multiplexing; Structural health monitoring


                                                               对汉宁窗调制的正弦信号进行调制，对多个传感节
             0 引言
                                                               点分配不同的频带，采用移不变稀疏编码方法进行
                 结构健康监测系统为在役工程设备的安全运                           信息解调，实现了兰姆波声数据的传输。
             行提供了重要的保障。大多数结构健康监测系统将                                针对兰姆波多输入多输出系统间的通信问题，
             采集到的数据信息通过有线线缆或电磁波进行传                             预先将传感器和波导的有限带宽分配给不同传感
             输，在某些特定的场合下受工作环境限制，如航空航                           节点，传输数据的解调过程可在频域上进行。Kexel
             天领域的在线结构健康监测传感系统间的线缆安                             等 [15]  提出了在玻璃纤维复合材料板上使用频分复
             装会增加结构质量和维护复杂性。电磁波则易产生                            用调制方法，将信道的有限带宽进行划分并分配
             电磁干扰的影响，线缆或电磁波不适用于这些特定                            给每个传感节点，实现多个传感器节点并行通信。
             场合的数据信息传输，因此将超声导波作为载体传                            Mälzer 等  [16]  将信道可用频带划分为 70∼180 kHz
             输数据是一种新的通信途径             [1−2] 。传统声数据传输           的损伤检测频率和 400∼616 kHz 的通信频率，并从
             主要在线缆、管道和金属屏障等结构上进行，而航                            通信频带上选择 108个不同频率的载波作为声通信
             空航天结构多以壁板结构为主，传统声数据传输技                            的子载波，实现了铝板结构健康监测和损伤指标信
             术并不完全适用于航空航天领域               [3−4] 。借鉴其他领         息的逐次传输。当兰姆波在加筋板结构的平板上激
             域中通信调制方法的思想，将兰姆波作为载体，实现                           励时，透射过加筋板的信道频率响应曲线是非线性
             检测和通讯的一体化对结构健康监测网络的发展                             函数，因此频率选择会对兰姆波的通信质量造成影
             具有积极作用      [5−6] 。                               响 [17] 。Zonzini 等  [18−19]  建立结构有限元模型进行
                 兰姆波无线通信的关键是调制信号设计与接                           仿真，将结构固有频率作为子载波的频率，使用轻量
             收信号解调，调制和解调通常在时域和频域上进                             化的传感器网络节点分别通过频分复用和时间反
             行  [7] 。目前，在时域上通过兰姆波传输声数据的调                       转法通信方式实现声数据的并行传输。与在时域上
             制解调方法有幅度调制、码分多址和相位调制等调                            进行解调的方法相比，在频域上进行兰姆波调制解
             制解调方法     [8−9] 。Kexel等 [10]  将所传输的二进制序           调，虽然传感器的频带利用率低，但可有效减少噪声
             列与正弦脉冲信号进行调制，并使用匹配滤波器来                            等因素对兰姆波通信的影响，解调过程简单且易于
             解调所传输的二进制信息，在玻璃纤维复合板上实                            实现。
             现了 100 kbit/s 的数据传输速率，但该方法只适用                         缺陷和环境温度等因素也会对兰姆波的传输
             于单输入单输出通信系统。针对多输入多输出兰姆                            造成影响     [20−21] 。为研究缺陷和环境温度对兰姆波
             波通信系统，Moll 等      [11−12]  提出了一种基于二进制             数据传输的影响，Kexel 等          [22]  在 1.5 mm 厚的铝板
             相移键控的码分多址通信的方法，每个传感节点分                            上制造了宽度为 2 mm 矩形缺口损伤，研究缺陷深
             配一组伪随机信号，并在接收端对信号进行频散补                            度分别为 0.9 mm 和 1.5 mm 时，缺陷对幅度键控兰
             偿和解调，得到所传输的声数据信息。Zonzini等                  [13]   姆波声通信的影响；并使用 120 kHz 频率的汉宁窗
             借鉴直接扩频调制的方法对激励信号进行调制，采                            脉冲信号进行调制并采用非相干解调方法，分析
             用 Kasami 序列编码比特信息，使用兰姆波频散补                        2.5 C∼41 C的温度变化对幅移键控导波声通信的
                                                                         ◦
                                                                  ◦
             偿算法对接收信号进行补偿，实现了声数据在铝梁                            影响。Bahouth 等     [23−25]  对开关键控、幅移键控和
             上的传输。但码分多址激励信号的频带较宽，在传                            二进制相移键控三种方法调制的兰姆波信号进行
             感网络通信过程中会对传感器的频带有一定的要                             解调和对比，发现二进制相移键控方法稳定性好且
             求。Xu等    [14]  采用相位调制和脉冲幅度调制的方法                   误码率最低。
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